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Observa las primeras galaxias que se alimentan de gas frío

Observa las primeras galaxias que se alimentan de gas frío

Esta ilustración muestra una galaxia que se formó sólo unos cientos de millones de años después del Big Bang, cuando el gas era una mezcla de gas transparente y opaco durante la época de reionización. Los datos del Telescopio Espacial James Webb de la NASA muestran que hay una gran cantidad de gas frío y neutro en las proximidades de estas galaxias primitivas, y que el gas puede ser más denso de lo esperado.
Webb observó estas galaxias como parte del Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS) unos meses después de que comenzaran las observaciones en 2022. CEERS incluye imágenes y datos conocidos como espectros del pequeño obturador a bordo del NIRSpec (el espectrógrafo de infrarrojo cercano). Los datos de CEERS se publicaron de inmediato para respaldar descubrimientos como este como parte del programa Early Release Science (ERS) de Webb.
Crédito de la imagen: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmstead (STScI)

Sólo el Telescopio Espacial James Webb puede detectar e investigar estas galaxias, que se estaban formando dentro de un gas denso y opaco cuando el universo tenía sólo unos pocos cientos de millones de años.

Un equipo de Dinamarca examinó datos de archivo de Telescopio espacial James Webb Recientemente, se encontraron tres galaxias distantes que estaban en proceso de acumular gas cuando el universo tenía sólo unos pocos cientos de millones de años. Su descubrimiento y caracterización son hazañas notables que sólo Webb puede lograr actualmente, gracias a su especialización en luz infrarroja. Los datos muestran por primera vez que grandes reservas de gas rodean estas galaxias primitivas. Este gas eventualmente caerá en las galaxias, desencadenando la formación de nuevas estrellas y, durante millones de años, dando lugar a galaxias altamente organizadas llenas de estrellas.

Infografía del universo a lo largo del tiempo.

Aunque no estamos seguros de cuándo comenzaron a brillar exactamente las primeras estrellas, sí sabemos que se formaron algún tiempo después de la Era de la Recombinación, cuando se formaron átomos de hidrógeno y helio (380.000 años después del Big Bang), y antes de las galaxias más antiguas conocidas. Existió (400 millones de años después del Big Bang). La luz ultravioleta de las primeras estrellas descompuso el gas hidrógeno neutro que llenaba el universo en iones de hidrógeno y electrones libres, marcando el comienzo de la era de la reionización y el fin de las edades oscuras del universo. Fuente de la imagen: NASA, ESA, Agencia Espacial Canadiense, STScI

Galaxias en formación activa en el universo primitivo se alimentaban de gas frío

Los investigadores que analizan datos del Telescopio Espacial James Webb de la NASA han identificado tres galaxias que pueden haberse estado formando activamente cuando el universo tenía sólo entre 400 y 600 millones de años. Los datos de Webb muestran que estas galaxias están rodeadas por un gas que los investigadores sospechan que está compuesto aproximadamente de hidrógeno y helio, los elementos más antiguos del universo. Los instrumentos de Webb son tan sensibles que pudieron detectar una cantidad inusual de gas denso que rodea estas galaxias. Es probable que este gas eventualmente impulse la formación de nuevas estrellas en las galaxias.

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Perspectivas del Centro del Amanecer Cósmico

«Estas galaxias son como islas relucientes en un mar de gas neutro y opaco», explicó Kasper Heintz, autor principal y profesor asistente de astrofísica en el Centro para el Amanecer Cósmico (DAWN) de la Universidad de Copenhague en Dinamarca. «Si no fuera por Webb, no podríamos observar estas galaxias tan tempranas, y mucho menos aprender mucho sobre su formación».

«Nos estamos alejando de la imagen de las galaxias como ecosistemas aislados. En este punto de la historia del universo, todas las galaxias están estrechamente conectadas al medio intergaláctico con sus filamentos y estructuras de gas prístinas», añadió Simon Nielsen, coautor y Estudiante de doctorado también radicado en DAWN.

Condiciones durante la época de la reionización (ilustración)

Hace más de 13 mil millones de años, durante la Época de la Reionización, el universo era un lugar muy diferente. El gas intergaláctico era en gran medida opaco a la luz activa, lo que dificultaba la observación de galaxias emergentes. A medida que las estrellas y galaxias jóvenes continúan formándose y evolucionando, comienzan a cambiar el gas que las rodea. Durante cientos de millones de años, el gas se transformó de un gas neutro y opaco a un gas ionizado y transparente. Fuente: NASA, ESA, CSA, Joyce Kang (STScI)

Observaciones y análisis detallados.

En las imágenes de Webb, las galaxias aparecen como débiles puntos rojos, razón por la cual datos adicionales, conocidos como espectros, fueron cruciales para las conclusiones del equipo. Estos espectros muestran que la luz de estas galaxias es absorbida por grandes cantidades de gas hidrógeno neutro. «El gas debe estar muy extendido y cubrir una porción muy grande de la galaxia», dijo Darach Watson, coautor y profesor de DAWN. «Esto sugiere que estamos presenciando la acumulación de gas hidrógeno neutro en las galaxias. Este gas seguirá enfriándose, agrupándose y formando nuevas estrellas».

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El universo era un lugar muy diferente cientos de millones de años después del Big Bang durante un período conocido como la Era de la Reionización. (Ver foto arriba). El gas entre las estrellas y las galaxias era en gran medida opaco. El gas en todo el universo se volvió completamente transparente unos mil millones de años después de su aparición. la gran explosión. Las estrellas de las galaxias calentaron e ionizaron el gas que las rodeaba, hasta hacer que el gas fuera completamente transparente.

Al comparar los datos de Webb con modelos de formación estelar, los investigadores también descubrieron que estas galaxias contienen principalmente cúmulos de estrellas jóvenes. «El hecho de que veamos grandes reservas de gas también sugiere que las galaxias aún no han tenido tiempo suficiente para formar la mayoría de sus estrellas», añadió Watson.

este es solo el comienzo

La web no sólo conecta Objetivos de la misión Quién dirigió su desarrollo y lanzamiento: va más allá de ellos. «Antes de Webb era imposible obtener imágenes y datos de estas galaxias distantes», explicó Gabriel Brammer, coautor y profesor asociado de DAWN. «Además, teníamos una buena idea de lo que encontraríamos cuando miramos los datos por primera vez; casi estábamos haciendo descubrimientos a simple vista».

Aún quedan muchas cuestiones por abordar. ¿Dónde se encuentra exactamente el gas? ¿Cuánto se encuentra cerca de los centros de las galaxias o en sus bordes? ¿El gas es original o ya está poblado de elementos más pesados? Queda una importante investigación por delante. «El siguiente paso es construir grandes muestras estadísticas de galaxias y medir en detalle la prevalencia y prominencia de sus características», dijo Heintz.

Encuesta científica de publicación temprana de la evolución cósmica (CEERS) (imagen de Webb NIRCam)

Mire profundamente esta vasta escena. Reunidas a partir de múltiples imágenes tomadas por el Telescopio Espacial James Webb en luz infrarroja cercana, están prácticamente llenas de actividad. Crédito de la imagen: NASA, ESA, Agencia Espacial Canadiense, Steve Finkelstein (UT Austin), Michaela Bagley (UT Austin), Rebecca Larson (UT Austin), Alyssa Pagan (STScI)

Los hallazgos de los investigadores fueron posibles gracias al Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS) de Webb, que incluye espectros de galaxias distantes del NIRSpec (espectrógrafo de infrarrojo cercano) del telescopio y se publicó de inmediato para respaldar descubrimientos como este como parte de las primeras investigaciones de Webb. . Programa de Lanzamiento de la Ciencia (ERS).

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Este trabajo fue publicado en la edición del 24 de mayo de 2024 de la revista. Ciencias.

Para más información sobre este descubrimiento, consulte Webb captura por primera vez el nacimiento de las primeras galaxias en el universo.

Referencia: “Fuerte absorción de Lyman-alfa en galaxias jóvenes en formación de estrellas con corrimientos al rojo de 9 a 11” por Casper E. Heintz, Darach Watson, Gabriel Brammer, Simon Vijelgaard, Anne Hutter, Victoria B. Estrecho, Jorit Mathy, Pascal A. Oish, Pal Jacobson, Niall R. Tanveer, Peter Laursen, Rohan P. Naidu, Charlotte A. Mason, Meghana Kelly, Entai Yeung, Tiger Yu-Yang Hsiao, Abdul Rauf, Dan Kuo, Pablo Arrabal Haro, Steven L. Finkelstein y Son Toft, 23 de mayo de 2024, Ciencias.
doi: 10.1126/ciencia.adj0343

El Telescopio Espacial James Webb es el observatorio científico espacial más importante del mundo. Webb resuelve los misterios de nuestro sistema solar, mira más allá de los mundos distantes alrededor de otras estrellas y explora las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. WEB es un programa liderado internacionalmente NASA Con sus socios la Agencia Espacial Europea (ESA)Agencia Espacial Europea) y CSA (Agencia Espacial Canadiense).